基于对象专业化生产组织方式的生产线设计方法

姚钦 金涛 廖旭

摘 要：文章介绍复杂电子产品企业在选择对象专业化生产组织模式应对复杂产品成批生产时，如何基于对象专业化生产组织方式设计生产线。

关键词：对象专业化；生产线；设计方法

中图分类号：TH166 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）31-0080-04

Abstract： This paper introduces how to design production line based on object specialized production organization mode in complex electronic product enterprises when they choose object specialized production organization mode to deal with mass production of complex products.

Keywords： object specialization； production line； design method

1 概述

生产组织形式一般有两种专业化形式，工艺专业化和对象专业化。工艺专业化形式，是按工艺阶段或工艺设备的相同性原则来建立生产组织。这种生产组织方式的优点是可以适应多种产品，工人也具备较高的技能水平。缺点是加工对象需要多个工位间反复才能实现全部生产，装配工艺路线长，产品物流迂回反复，在制品积压较严重。

随着产品平台化的研发模式落地，生产由小批量多品种逐渐转变为成批生产。根据企业实践，应用对象专业化的生产组织模式，可以显著提高生产效率。本文针对生产线的设计方法展开探讨。

2 对象专业化生产线特点

对象专业化生产组织形式是以加工对象作为划分生产线（工段）的原则，在一个生产线上完成该对象加工的全部或大部分工艺过程。这种生产组织方式的优点是各工位高度专业化，操作简单，运转速度快，减少在制品的占用量；加工过程单向流动，减少物料的迂回反复。

流水生产是指劳动对象按照一定的工艺过程顺利地通过各个工作地，并按照统一的生产速度连续完成工序作业的生产过程。在生产过程的空间组织上采用了对象专业化形式，时间组织上采用平行或平行顺序移动方式，就形成了流水生产。流水生产组织方式具备较高的连续性、比例性、平行性、节奏性和封闭性，是一种较先进的生产组织方式。但是要充分发挥其经济效益，需要满足产品产量足够大、工艺相当稳定、工序可同期化等要求。针对某类型复杂电子产品，目前还存在单种产品产量不够大、一条生产线需要满足多种产品生产、多种产品成组难度大等困难，因此生产线设计及运行按间断流水线进行。

3 生产线设计方法

3.1 生产线设计流程

明确了生产线场地、生产过程的时间、空间组织方式后，根据计划需求确定生产线设计产能，开始进行生产线设计。本文以设计产能5000件/年进行生产线设计。

对象专业化生产线设计的流程如图1。

3.2 产品特点分析

生产线设计之初，首先应对生产对象进行分析，主要要素应包括以下：

3.2.1 产能需求

根据外部对产品的需求量，制定或预测产品产量（包括年产量及最高月产量），作为生产线设计产能。本文以设计产能5000件/年进行生产线设计。

3.2.2 产品分类、构成及特点

对产品的类型、物料清单、装配调试特点进行分析，分门别类，为产品典型工艺流程分析做准备。

依据产品特点及制造流程，生产线典型产品主要由结构件、微波件、印制板、低频导线、射频电缆、连接器几部分组成。

3.2.3 产品典型工艺流程

梳理每一种生产对象的工艺流程，梳理出产品的典型工艺流程。模块的工艺流程如图2所示。

3.3 生產线业务流程制定

在生产线详细设计前，首先需要制定生产线业务流程。生产线业务流程是规定了生产过程的信息流及产品的物流流向，是生产线平稳运行的重要保障。一般具备条件，应将生产线业务流程固化在生产线管理的信息系统中。

生产线业务流程一般从产生生产订单开始，到产品完工入库截止，主要涉及到计划、库房、调度、制造团队（装配、测试）四类角色及其对应的业务过程，生产线角色主要业务活动见表1。

针对比较复杂的、相对独立的，还需要制定其专项子流程，如齐套备料子流程、过程问题处理子流程等。

其中生产线的主业务流程从产生生产订单开始，到产品完工入库截止，主要涉及到计划组、库房、调度、制造团队（装配、测试）四个环节。主业务流程如图3所示。

其他业务流程仍然基于角色、活动、输入、输出进行梳理，在此文中不再赘述。

3.4 平均节拍计算

平均节拍试制流水线上连续产出两件制品的时间间隔，计算公式为：

r=

其中，r为流水线平均节拍；F为计划期有效工作时间；Q为计划期制品产量。

在计算F时，F=F制×K

其中，F制为计划期制度工作时间；K为时间利用系数。

F制按年工作时间251天，人员效率每天按7小时计算；K值按设备检修（6%），返修率（5%），物资齐套和计划不均衡影响10%计算，全年的有效工作时间如下：

有效工作时间F=251×7×0.94×0.95×0.9=1412小时

r===0.28小时，约17分钟。

3.5 工序同期化及工位数量计算

工序同期化的目的是使各工序时间与平均节拍相等或成整数倍关系，根据经验，每道工序单件时间与节拍的差额，在正（10%～15%）到负（5%～10%）之间。工序同期化有多种措施，如改变加工方法、提高工序生产效率、减少辅助操作时间、提高工人熟练程度、进行工序合并与分解等。

针对生产线产品，在进行工序同期化时主要采用了两项措施：一方面通过工装、设备提高工序生产效率；另一方面通过工序重组，合并与分解工序使其接近平均节拍。针对生产线产品特点，装配环节以手工装配为主，可以通过培养多能工对工序工步进行拆分整合，满足工序同期化要求。

在工装、设备提高生产效率方面，策划并部分完成了工位工装的开发，并在现场使用，使得工序效率提升，达到工序同期化的要求。

对工序进行分解时要考虑分解到每个工位的工作量与生产线的平均节拍匹配，及每个工位的工作量接近r（平均节拍）或r的整数倍。

射频类模块和数字类模块各工位的耗时对比见下表。

每道工序的工作地（工位）数需求量可用下式计算：

S计i=

其中S计i为流水线第i工序计算所需工位数，ti为同期化后第i工序单件工时定额。当计算出的S计i不是整数时，取大于计算数的整数值。

计算工位数量与工序同期化一般是同时进行的工作。由于产品工序前后关系、物料继承关系，在进行工序同期化时，已经考虑了工步的拆分和合并，上表中的每一行就对应了工位（工作地）。生产线的工位总数为ΣS计i，对应的工位数为17。

3.6 工人人数计算

在以手工操作为主的流水线上，每道工序的工人人数按下式计算：

Pi=Si·Wi·g

其中Pi为第i工序工人人数，Si为第i工序的工作地数（工位数），Wi为第i工序上每一工位同时工作的人数；g为每日工作班次。

在以设备为主的流水线上，计算工人人数时，要考虑工人的设备看管定额（每个工人能同时看管的设备（工位）数）。

Pi=

其中S看为该工位的看管定额。

整条流水线的工人人数，是各工序人数之和。

针对该生产线，装配环节工序以手工操作为主，测试环节工序以设备为主（1名测试人员可以同时看管多个测试工位）。经计算，生产线工人人数为17人。

生产线设计完成后，使用EmPLANT进行仿真，验证工位设计是否正确。仿真结论符合设计需求，工位配置合理，瓶颈工序与预计相同。

3.7 物流及运输装置选择

流水线运输装置有多种，如传送带、传送链、滚道、重力滑道、运输车辆等。选取什么类型的运输装置，要根据流水线的种类，同时考虑产品的形状、尺寸、重量和精度要求等。对于自由节拍流水线，可选择滚道、滑道、运输车辆等运输装置，允许工序间储存一定量的在制品，用以调节节拍的波动。

生产线综合考虑产品形态、订单数量、配送频次及数量等条件，应选用柔性好，灵活性高的运输装置。通过调研，AGV是移动的输送机，不固定占用地面空间；柔性大，改变运行路径比较容易；具备较高的系统可靠性。AGV比较适合该生产线使用。

3.8 流水线平面布置

生产线的平面布置应保证物料的运输路线最短，有利于工人操作方便，工位件紧密衔接及生产面积充分利用等。流水线的形状一般有直线形、开口形、山字形、环形、蛇形等。进行流水线平面布置时应考虑三个问题：流水线的形式；流水线内工位的排列方法；流水线之间的衔接。

其中直线形多用于工序少、每道工序的工位数也较少的情况，比较适合该生产线的布局，平面布置图如图9。

3.9 生产线其他区域布置

生产线处完成制品产出的流水线外，还设计有库房、返修区、试制导入区、办公区、物流通道等其他区域。在完成流水线的主要设计后，还应根据现有条件对其他区域进行规划和设计。

根据生产区域基建条件、生产环境要求等各要素，结合现有场地条件，最终设计生产线区域布置图如图10。

4 结束语

通過本文总结的生产线设计方法，可以指导对象专业化生产线设计过程及步骤，完成生产线设计。生产线完成设计后三个月完成了建设，经过试运行测试后正式投入生产运行。截至目前，生产线正式运行超过18个月，月度产出达到设计产能，年度产出及响应速度满足计划要求，各项指标满足设计要求。

参考文献：

[1]洪国芳.生产管理学[M].哈尔滨工业大学出版社，1996.

[2]周军.生产线虚拟设计及其应用仿真研究[J].仿真设计与加工，2005，01.

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应用[J].控制工程，2011，9.

[4]梁中华.精益生产设施布局优化[J].江苏科技信息，2015，3.